辨认鲸歌的重复结构
佩恩与斯科特·麦克韦1971年发表的《座头鲸之歌》报告，鲸会用7至30分钟发出一组有次序的声音，再相当精确地重复这组声音。同一个体的连续鲸歌保持相同主题顺序，而主题内部的乐句数量有所变化，使研究者能够比较其稳定结构与个体差异。
参考：[2]
让公众听见鲸歌
佩恩与凯蒂·佩恩、麦克韦的合作将鲸声作为有组织的声音模式研究。1970年发行的《座头鲸之歌》唱片把水下录音传播给广泛听众，成为鲸类保护宣传使用的重要声音材料。
追踪同一头鲸的生活
佩恩发起巴塔哥尼亚南露脊鲸长期研究，通过头部独特斑纹等特征辨识个体，反复记录其生活史。他1971年创办后来称为Ocean Alliance的机构，将持续观察、声学研究和公众传播结合起来。